让凝胶既“超弹”又“万能粘”：网络结构与溶剂的巧妙搭配

聚合物凝胶是由三维聚合物网络与溶剂溶胀形成的材料，兼具固体（如承重能力）和液体（如物质传输）的优点，在组织工程、生物黏合剂、储能、可拉伸离子电子器件及人机界面等领域应用广泛。然而，实际应用中凝胶需具备超弹性（低滞后性）以抵抗疲劳载荷，同时需能与多种基材形成可靠黏附以防止界面开裂，但这两种性能难以同时实现——超弹性要求减少链间滑动或缠结，而强黏附则依赖链间摩擦耗能，此前的研究多存在性能权衡，且强黏附常需表面预处理或化学修饰。

本研究提出一种通用策略，通过调控聚合动力学合成兼具超弹性和全黏附性的聚合物凝胶。这类凝胶的聚合物网络含长悬挂链，并浸润足量良溶剂。在体相内，“相似相溶且润滑”原理使溶剂分子有效分隔聚合物链，减少链间摩擦；当溶剂足量时，网络中悬挂链缠结消除，赋予凝胶超弹性。在表面，溶剂分子帮助长悬挂链解缠，使其能锚定于多种基材，实现载荷传递和能量耗散，从而产生强黏附。

研究通过一步自由基聚合制备均凝胶：单体溶液部分固化时，部分单体形成网络，其余作为溶剂，两者化学组成相同。聚合过程中，储能模量（G'）和损耗模量（G''）随时间增加，在凝胶点（tgelation）相交形成初始网络，最终在平台期（tplateau）形成高缠结的黏弹性体。在tgelation与tplateau之间的中间态（tHO区间），悬挂链长且充分解缠，此时的均凝胶同时具备超弹性和全黏附性。

以离子导电均凝胶（PDT）为例，其光学透明、不挥发。力学测试显示，PDT均凝胶在不同拉伸速率下滞后性均<10%，循环拉伸数千次性能稳定；90°剥离实验表明，其对陶瓷、玻璃、金属、塑料等多种基材的黏附能达~100 J/m²，优于对应弹性体，且200次循环后黏附性能稳定。此外，PDT均凝胶电导率约10⁻² S/m，拉伸10,000次电阻仍稳定，适用于柔性电子等领域。

机制研究表明，超弹性源于良溶剂消除悬挂链缠结：当溶剂含量≥30 wt%时，聚合物体积分数（φp）≤71%，剪切模量（μ）与φp呈0.56次方关系，符合仿射溶胀模型，表明链缠结消失。全黏附性则依赖表面长悬挂链：解缠后的悬挂链吸附于基材，通过非共价键实现强界面结合，且黏附能随松弛时间增加。

该原理具有普适性，已在聚阴离子（PES）、中性聚合物（PTMSPMA）等体系中验证。通过调整聚合动力学和材料化学，可调控tHO区间；将含长悬挂链的网络用足量良溶剂溶胀，也能制备此类凝胶。这类兼具超弹性和全黏附性的凝胶在抗疲劳光学透明黏合剂、软机器人、人机界面等领域前景广阔。